DE102016102971B4

DE102016102971B4 - Linseneinrichtung für variablen Arbeitsabstand, Beleuchtungsbaugruppe, Koordinatenmessgerät und Verfahren

Info

Publication number: DE102016102971B4
Application number: DE102016102971.8A
Authority: DE
Inventors: Dominik Seitz; Nils Haverkamp
Original assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 2016-02-19
Filing date: 2016-02-19
Publication date: 2021-02-11
Anticipated expiration: 2036-02-20
Also published as: US20170241769A1; US9857164B2; DE102016102971A1

Abstract

Linseneinrichtung (120) für eine Beleuchtungsbaugruppe (24), wobei die Linseneinrichtung (120) mindestens einen Ringbereich (130, 132, 134, 136) aufweist, wobei sich jeder Ringbereich (130, 132, 134, 136) entlang einer Umfangsrichtung (138) um eine Zentralachse (124) der Linseneinrichtung (120) erstreckt, wobei jeder Ringbereich (130, 132, 134, 136) eine Mehrzahl von Segmenten (140) aufweist, wobei jedes Segment (140) einen Kreisbogenabschnitt (142) eines jeweiligen Ringbereichs (130, 132, 134, 136) ausbildet, und wobei jedes Segment (140) in der Umfangsrichtung (138) ein erstes Ende (144) und ein dem ersten Ende (144) in der Umfangsrichtung (138) entgegengesetztes zweites Ende (146) aufweist, wobei jedes Segment an dem ersten Ende (144) in einem ersten radialen Abstand (R2) von der Zentralachse (124) einen ersten Brechungsindex (nA) bei einer Referenzwellenlänge aufweist und an dem zweiten Ende (146) in dem ersten radialen Abstand (R2) einen zweiten Brechungsindex (nB) bei der Referenzwellenlänge aufweist, der verschieden von dem ersten Brechungsindex (nA) ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Linseneinrichtung für eine Beleuchtungsbaugruppe, insbesondere für einen variablen Arbeitsabstand. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Beleuchtungsbaugruppe für ein Messgerät zum Vermessen eines Werkstücks mittels eines optischen Sensors. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Koordinatenmessgerät zum Vermessen eines Werkstücks mittels eines optischen Sensors. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ändern eines Beleuchtungsarbeitsabstands insbesondere einer Dunkelfeld-Auflichtbeleuchtung eines Koordinatenmessgeräts.
Beleuchtungsmodule für Koordinatenmessgeräte sind beispielsweise aus der Druckschrift EP 0 362 625 A2 bekannt.
Koordinatenmessgeräte sind im Stand der Technik allgemein bekannt. Sie dienen dazu, beispielsweise im Rahmen einer Qualitätssicherung Werkstücke zu überprüfen oder die Geometrie eines Werkstücks vollständig im Rahmen eines sogenannten „Reverse Engineering“ zu ermitteln. Darüber hinaus sind vielfältige weitere Anwendungsmöglichkeiten denkbar.
In derartigen Koordinatenmessgeräten können verschiedene Arten von Sensoren zur Anwendung kommen, um die Koordinaten eines zu vermessenden Werkstücks zu erfassen. Beispielsweise sind hierzu taktil messende Sensoren bekannt, wie sie beispielsweise von der Anmelderin unter der Produktbezeichnung „VAST“, „VAST XT“ oder „VAST XXT“ vertrieben werden. Hierbei wird die Oberfläche des zu vermessenden Werkstücks mit einem Taststift angetastet, dessen Koordinaten im Messraum ständig bekannt sind. Ein derartiger Taststift kann auch entlang der Oberfläche eines Werkstücks bewegt werden, so dass in einem solchen Messvorgang im Rahmen eines sogenannten „Scanning-Verfahrens“ eine Vielzahl von Messpunkten in festgelegten zeitlichen Abständen erfasst werden kann.
Darüber hinaus ist es bekannt, optische Sensoren einzusetzen, die ein berührungsloses Erfassen der Koordinaten eines Werkstücks ermöglichen. Ein Beispiel für einen derartigen optischen Sensor ist der unter der Produktbezeichnung „ViScan“ von der Anmelderin vertriebene optische Sensor.
Die Sensoren können dann in verschiedenen Arten von Messaufbauten verwendet werden. Ein Beispiel für einen solchen Messaufbau ist das Produkt „O-INSPECT“ der Anmelderin. Bei einem derartigen Gerät finden sowohl ein optischer Sensor als auch ein taktiler Sensor Anwendung, um verschiedene Prüfaufgaben an einer Maschine und idealerweise mit einer einzigen Aufspannung eines zu vermessenden Werkstücks durchzuführen.
Sensorsysteme mit optischen Sensoren finden in der Koordinatenmesstechnik zunehmend Bedeutung. Dabei zeichnen sich optische Sensoren insbesondere durch eine hohe Geschwindigkeit des Messvorgangs aus. Auf diese Weise lassen sich viele Prüfaufgaben beispielsweise in der Medizintechnik, der Kunststofftechnik, der Elektronik und der Feinmechanik durchführen. Selbstverständlich sind darüber hinaus auch verschiedene andere Anwendungsmöglichkeiten denkbar.
Klassischerweise ist der optische Sensorkopf bzw. der optische Sensor mit einem Trägersystem verbunden, welches das optische Sensorsystem stützt und bewegt. Es sind verschiedene Trägersysteme bekannt, beispielsweise Portalsysteme, Ständer-, Horizontalarm- und Armsysteme, und alle Arten von Robotersystemen. Die Trägersysteme können dabei des Weiteren Systemkomponenten aufweisen, die ein möglichst flexibles Positionieren des Sensorkopfs ermöglichen. Ein Beispiel hierfür ist das unter der Bezeichnung „RDS“ vertriebene Dreh-Schwenk-Gelenk der Anmelderin. Darüber hinaus können verschiedene Adapter vorgesehen sein, um die unterschiedlichen Systemkomponenten des Trägersystems untereinander und mit dem Sensorsystem zu verbinden.
Des Weiteren ist es in der Koordinatenmesstechnik üblich, dass bei der Vermessung von Objekten mit unterschiedlichen Beleuchtungsarten gearbeitet werden kann. Beispielsweise kann eine Auflichtbeleuchtung vorgesehen werden, die beispielsweise als Hellfeld- oder als Dunkelfeldbeleuchtung eingerichtet sein kann. Die entsprechenden optischen Sensoren weisen beispielsweise eine Videokamera und/oder eine Bildkamera und eine entsprechende Beleuchtung für das Werkstück auf. Des Weiteren ist üblicherweise eine feste Abbildungsoptik vorgesehen, die das zu vermessende Werkstück auf die Kamera bzw. auf die optischen Sensoren der Kamera abbildet. Für jeden Anwendungsfall bzw. jede Messart sind dabei in der Regel spezifische optische Sensoren mit fest integrierten Beleuchtungen und Abbildungsoptiken vorgesehen.
Beispielsweise zeigt die eingangs genannte Druckschrift EP 0 362 625 A2 eine auswechselbare Frontoptik für einen optischen Tastkopf. Diese Frontoptik ist für einen bestimmten Arbeitsabstand und eine bestimmte Beleuchtungsart ausgebildet. Des Weiteren weist sie das gesamte Objektiv auf, das von dem Werkstück reflektierte Lichtstrahlen auf den optischen Sensor abbildet.
Eine derartige Frontoptik ist jedoch aufgrund der optischen Elemente zum Abbilden relativ schwer und weist ein relativ großes Volumen auf. Des Weiteren ist eine solche Frontoptik nur für einen bestimmten Anwendungsfall, das heißt in einem bestimmten Arbeitsabstand und für eine bestimmte Beleuchtungsart, verwendbar.
In den Druckschriften EP 0 385 262 A2 und EP 1 373 827 B1 sind darüber hinaus ebenfalls Beleuchtungseinrichtungen für Koordinatenmessgeräte angegeben, die zum einen Abbildungsoptiken aufweisen und zum anderen relativ komplex ausgebildete, beispielsweise schwenk- oder bewegbare Beleuchtungselemente aufweisen, um die Beleuchtung auf verschiedene Arbeitsabstände einzustellen. Auch daraus resultiert jedoch ein relativ komplexer Aufbau solcher Beleuchtungselemente sowie ein eventuell höheres Gewicht und Volumen, was aufgrund der damit verbundenen höheren Trägheit das Regeln des optischen Sensorkopfs, insbesondere bei schnellen Messvorgängen, erschwert.
Die Druckschrift WO 2010/009852 A2 zeigt ein Mikroskop mit einem Objektiv, welches eine Frontlinse umfasst, und mit einer Dunkelfeld-Beleuchtungseinrichtung, welche eine Fokussiereinrichtung zur Fokussierung von einer Lichtquelle emittierten Lichts auf ein Objektfeld umfasst. Erfindungsgemäß ist eine optische Anordnung in die Frontlinse eingebracht oder an einer Oberfläche der Frontlinse angeordnet, so dass Licht über die optische Anordnung in Richtung des Objektfelds umlenkbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Anbringen einer Dunkelfeld-Beleuchtungseinrichtung an einem ein Objektiv mit einem eine Frontlinse aufweisenden Mikroskop mit folgenden Verfahrensschritten: a) Bereitstellen der Frontlinse, b) Anbringen eines flächigen Lichtwellenleiters mit einer vorgegebenen Zielaußenkontur und einer vorgegebenen Rohdicke auf eine Seite der Frontlinse, c) Abpolieren des Lichtwellenleiters bis zu einer vorgegebenen Zieldicke, d) Anbringen von Lichtleitfasern an den Lichteintrittsflächen des Lichtwellenleiters.
Die Druckschrift US 4 810 875 A zeigt eine Vorrichtung zum Untersuchen einen Inneren eines halbdurchlässigen Objekts, wobei vor optische Faserenden eine GRIN-Linse angeordnet sein können.
Die Druckschrift WO 2013/167168 A1 zeigt Beleuchtungsmodul für ein Koordinatenmessgerät zum Vermessen eines Werkstücks mittels eines optischen Sensors, wobei das Beleuchtungsmodul einen Grundkörper mit einer Sensorseite und einer Werkstückseite aufweist, wobei das Beleuchtungsmodul an dem Grundkörper mindestens eine Beleuchtungsanordnung zum Beleuchten des Werkstücks aufweist, und wobei die mindestens eine Beleuchtungsanordnung eine Abstrahlcharakteristik mit einem Abstrahlwinkel und einem Lichtintensitätsverlauf innerhalb des Abstrahlwinkels aufweist, wobei der Lichtintensitätsverlauf der mindestens einen Beleuchtungsanordnung innerhalb des Abstrahlwinkels asymmetrisch ist.
Abhängig von dem zu untersuchenden Werkstück und dem mittels des optischen Sensors angewendeten Messverfahrens ist das Werkstück auf unterschiedliche Arten zu beleuchten. Dabei kann beispielsweise ein Arbeitsabstand, in dem der Messvorgang vorgenommen wird, variieren. Des Weiteren kann unter Umständen eine Beleuchtung mit unterschiedlichen Einfallswinkeln auf eine Oberfläche des Werkstücks gewünscht sein. Daher sind in der Praxis Beleuchtungsbaugruppen entweder zu wechseln oder eine Beleuchtungsbaugruppe weist mehrere, wechselnd schaltbare Lichtquellen auf, um die unterschiedlichen Arten von Beleuchtungen bereitzustellen. Derartige Anordnungen machen eine Beleuchtungsbaugruppe jedoch zum einen schwerer und erhöhen zum anderen die Kosten einer Beleuchtungsbaugruppe. Es ist jedoch grundsätzlich wünschenswert, mittels einer Beleuchtungsbaugruppe Beleuchtungen in unterschiedlichen Arbeitsabständen und/oder mit unterschiedlichen Einfallswinkeln bereitstellen zu können. Insbesondere im Falle einer gewünschten Auflicht-Dunkelfeldbeleuchtung in einem variablen Arbeitsabstand ist es wünschenswert, möglichst einfach unterschiedliche Einfallswinkel einstellen zu können.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Linseneinrichtung, eine Beleuchtungsbaugruppe für ein Koordinatenmessgerät mit einem optischen Sensor, ein Koordinatenmessgerät und ein Verfahren anzugeben, das einfach aufgebaut ist und eine größtmögliche Flexibilität bei der Verwendung des optischen Sensors des Koordinatenmessgerätes ermöglicht, insbesondere eine Verwendung unterschiedlicher Arbeitsabstände im Fall einer Dunkelfeld-Auflichtbeleuchtung.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird daher eine Linseneinrichtung für eine Beleuchtungsgruppe bereitgestellt, wobei die Linseneinrichtung mindestens einen Ringbereich aufweist, wobei sich jeder Ringbereich entlang einer Umfangsrichtung um eine Zentralachse der Linseneinrichtung erstreckt, wobei jeder Ringbereich eine Mehrzahl von Segmenten aufweist, wobei jedes Segment einen Kreisbogenabschnitt eines jeweiligen Ringbereichs ausbildet, und wobei jedes Segment in der Umfangsrichtung ein erstes Ende und ein dem ersten Ende in der Umfangsrichtung entgegengesetztes zweites Ende aufweist, wobei jedes Segment an dem ersten Ende in einem ersten radialen Abstand von der Zentralachse einen ersten Brechungsindex bei einer Referenzwellenlänge aufweist und an dem zweiten Ende in dem ersten radialen Abstand einen zweiten Brechungsindex bei der Referenzwellenlänge aufweist, der verschieden von dem ersten Brechungsindex ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Beleuchtungsbaugruppe für ein Messgerät zum Vermessen eines Werkstücks mittels eines optischen Sensors bereitgestellt, mit mindestens einer Beleuchtungsanordnung und wobei des Weiteren eine Linseneinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung oder einer seiner Ausgestaltungen vorgesehen ist.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Koordinatenmessgerät zum Vermessen eines Werkstücks mittels eines optischen Sensors bereitgestellt, wobei eine Beleuchtungsbaugruppe gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung oder einer seiner Ausgestaltungen vorgesehen ist, und wobei ein Messkegel des optischen Sensors entlang der Zentralachse verläuft.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ändern eines Beleuchtungsarbeitsabstands, insbesondere einer Dunkelfeld-Auflichtbeleuchtung, eines Koordinatenmessgeräts bereitgestellt, wobei das Koordinatenmessgerät eine Beleuchtungsbaugruppe mit einer Linseneinrichtung aufweist, wobei sich die Linseneinrichtung, insbesondere ringförmig, entlang einer Umfangsrichtung um eine Zentralachse der Linseneinrichtung erstreckt, mit dem folgenden Schritt: Verdrehen der Linseneinrichtung um die Zentralachse, wobei die Linseneinrichtung mindestens einen Ringbereich aufweist, wobei sich jeder Ringbereich entlang einer Umfangsrichtung um eine Zentralachse der Linseneinrichtung erstreckt, wobei jeder Ringbereich eine Mehrzahl von Segmenten aufweist, wobei jedes Segment einen Kreisbogenabschnitt eines jeweiligen Ringbereichs ausbildet, und wobei jedes Segment in der Umfangsrichtung ein erstes Ende und ein dem ersten Ende in der Umfangsrichtung entgegengesetztes zweites Ende aufweist, wobei jedes Segment an dem ersten Ende in einem ersten radialen Abstand von der Zentralachse einen ersten Brechungsindex bei einer Referenzwellenlänge aufweist und an dem zweiten Ende in dem ersten radialen Abstand einen zweiten Brechungsindex bei der Referenzwellenlänge aufweist, der verschieden von dem ersten Brechungsindex ist.
Auf diese Weise wird der Vorteil bereitgestellt, dass zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende aufgrund der verschiedenen Brechungsindizes ein Unterschied des Maßes der Strahlablenkung hin zu der Zentralachse besteht. Das Linsensegment kann dadurch zumindest zwei verschiedene Strahlablenkungen in Richtung der Zentralachse bereitstellen, eines am ersten Ende und eines an dem zweiten Ende. Eine solche Linseneinrichtung kann daher insbesondere in Zusammenwirkung mit einer entsprechenden Beleuchtungsanordnung derart verwendet werden, dass diese Linseneinrichtung durch Verdrehen um die Zentralachse relativ zu der jeweiligen der zumindest einen Beleuchtungsanordnung den beleuchteten Arbeitsabstand ändern kann. Entsprechende Vorteile setzen sich in das Koordinatenmessgerät um. Das entsprechende Verfahren stellt einen im solchen Vorteil bereit. Durch einen einfachen Schritt des Verdrehens der Linseneinrichtung wird der Arbeitsabstand der Beleuchtung geändert.
Insbesondere vorteilhaft lässt sich die vorliegende Erfindung für eine Dunkelfeld-Auflichtbeleuchtung mit variablem Arbeitsabstand nutzen. Eben solche Dunkelfeld-Auflichter sind typischer ringförmig, das Objektiv eines optischen Sensors ist an das Koordinatenmessgeräts angeordnet. Da werden entsprechende Dunkelfeld-Auflichter oft auch als Ringlichter bezeichnet. Entsprechend weisen sie um eine Zentralachse herum angeordnete Linseneinrichtungen auf. Die Auflichtbeleuchtung kann dabei mindestens eine, insbesondere aber auch mehrere Lichtquellen bzw. Beleuchtungsanordnungen aufweisen. Diese können beispielsweise jeweils einen Kollimator aufweisen, der das von den Lichtquellen emittierte Licht kollimiert. Die Strahlablenkung in Richtung der optischen Achse bzw. auf das Werkstück kann nun mittels der verschiedenen Brechungsindizes in dem ersten und dem zweiten Ende variabel gestaltet sein. Insbesondere kann, wie im Folgenden noch ausgeführt wird, ein Brechzahlgradient zwischen dem ersten und dem zweiten Ende, das heißt in Umfangsrichtung vorliegen, insbesondere ein kontinuierlicher Brechzahlgradient. Auch weitere Ausgestaltungen mit Brechzahlgradient in radialer Richtung, insbesondere zur Verwendung bei kleinen Arbeitsabständen und/oder einer breiten Ausdehnung der Linsensegmente in radialer Richtung werden im Folgenden erläutert.
Bei der Linseneinrichtung handelt es sich somit um eine optische Linse, das heißt um ein refraktives optisches Element. Sie kann aus einem der üblichen Glas- oder Kunststoffwerkstoffe für refraktive optische Elemente bereitgestellt sein. Eine solche Linseneinrichtung weist grundsätzlich zwei optisch wirkende Flächen auf. Diese sind als Lichteintrittsfläche und als Lichtaustrittsfläche bezeichnet.
Nach einem der vorliegenden Anmeldung wird unter einer „Referenzwellenlänge“ diejenige Wellenlänge des Lichts verstanden, auf die die Angabe des Brechungsindex bezogen ist. Beispielsweise kann der Brechungsindex in der Form n_e bezogen auf die n-Linie, das heißt eine Wellenlänge von 546,074 nm, angegeben werden. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Referenzwellenlängen denkbar. Beispielsweise kann die Angabe des Brechungsindex auch als n_D bei eine Referenzwellenlänge von 589 nm erfolgen, das heißt auf der Natrium-D-Linie.
Grundsätzlich kann die Linseneinrichtung zur Strahlablenkung als rotationssymmetrisches Bauteil gefertigt sein. Insbesondere bei großer Ausdehnung in radialer Richtung kann dann auch ein radialer Gradient des Brechungsindex vorgesehen sein zusätzlich zu der Änderung des Brechungsindex in Umfangsrichtung bzw. tangentialer Richtung. Wie im Folgenden noch näher erläutert wird, kann die Linseneinrichtung in radialer Richtung auch mehrere Ringbereiche mit unterschiedlichen radialen Abständen von der Zentralachse aufweisen. Die Segmente können jeweils auch einen Gradienten im Brechungsindex in radialer Richtung aufweisen, so dass sich zusammengenommen über die gesamte Linseneinrichtung ein gestufter bzw. gestaffelter Verlauf eines Brechungsindex in radialer Richtung ergibt.
In Umfangsrichtung kann grundsätzlich ein konstanter Gradient des Brechungsindex zwischen dem ersten und dem zweiten Ende vorgesehen sein. Auch andere Gradienten sind jedoch grundsätzlich möglich. Beispielsweise ein linearer Gradient, der zu einem quadratischen Verlauf bzw. einem Verlauf des Brechungsindex zweiter Ordnung führt. Grundsätzlich kann die Linseneinrichtung planparallele Lichteintrittsflächen und Lichtaustrittsflächen aufweisen. In Zusammenwirkung mit einer Beleuchtungsanordnung sollte dann jedoch eine Anordnung derart erfolgen, dass ein Einfallswinkel auf die Lichteintrittsfläche weniger als 90° ist. Das heißt, die von einer Beleuchtungsanordnung emittierten Lichtstrahlen sollten nicht im rechten Winkel auf die Lichteintrittsfläche einfallen, da im Falle eine planparallelen Ausrichtung von Lichteintrittsflächen und Lichtaustrittsflächen trotz der unterschiedlichen Brechungsindizes keine unterschiedlich Strahlablenkung erfolgt.
Die Linseneinrichtung weist mindestens einen Ringbereich auf. Grundsätzlich kann diese genau einen Ringbereich oder mehr als einen Ringbereich aufweisen. Jeder Ringbereich ist ein Teilbereich oder Teilabschnitt eines Rings oder ist ein vollständig geschlossener Ring. In ihrer Mitte weist die Linseneinrichtung somit eine Aussparung oder freie Fläche auf, durch die Lichtstrahlen hindurchtreten können, insbesondere um zu dem optischen Sensor eines Koordinatenmessgeräts zu gelangen. Folglich erstreckt sich jeder Ringbereich, insbesondere ringförmig, entlang einer Umfangsrichtung um eine Zentralachse. Die Lage der Zentralachse bestimmt sich somit aus dem Radius, mit dem sich die Ringbereiche in Umfangsrichtung um die Zentralachse herum erstrecken. Bei mindestens einem Ringbereich, der sich vollständig geschlossen als Ring erstreckt, liegt die Zentralachse folglich im Mittelpunkt des Rings. Jeder Ringbereich erstreckt sich entlang der Umfangsrichtung um die Zentralachse herum. Die Mittelebene jedes Ringbereichs oder, im Falle einer ebenen Ausgestaltung der Lichteintrittsfläche, die Lichteintrittsfläche liegt somit senkrecht zu der Zentralachse. Die Zentralachse kann somit parallel zu der Durchstrahlrichtung durch die Linseneinrichtung verlaufen.
Unter einem „Arbeitsabstand“ kann dabei entweder der mechanische Arbeitsabstand, das heißt der Abstand zwischen dem zu beobachtenden Messobjekt und der Messeinrichtung verstanden werden. Es kann aber auch der optische Arbeitsabstand, das heißt die lichte Weite zwischen dem Messobjekt und der ersten Störkontur im Strahlengang des optischen Sensors, beispielsweise eine Blende an einem Eingang eines Objektivs bzw. einer Abbildungsoptik, verstanden werden.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird daher vollkommen gelöst.
In einer ersten Ausgestaltung der Linseneinrichtung kann vorgesehen, dass jedes Segment in radialer Richtung einen Brechungsindexgradient mit einem Betrag verschieden von Null aufweist.
Mit anderen Worten ändert sich somit der Brechungsindex auch in radialer Richtung. Dies kann insbesondere von Vorteil sein, wenn die radiale Erstreckung eines Segments groß ist und/oder ein gewünschter Beleuchtungswinkel eine starke Ablenkung erfordert, das heißt bei geringen Arbeitsabständen. In diesem Fall kann die radiale Erstreckung des Segments unterschiedliche Ablenkungswinkel radial innen und radial außen erfordern.
In einer weiteren Ausgestaltung der Linsenrichtung kann vorgesehen sein, dass jedes Segment in radialer Richtung einen Brechungsindexgradient mit einem Betrag von Null aufweist, Insbesondere kann dabei die Linseneinrichtung eine Mehrzahl von Ringbereichen aufweisen.
Insbesondere im Falle von mehreren Ringbereichen, und insbesondere wenn sich die beiden Segmente in radialer Richtung nur um ein geringes Maß erstrecken und/oder bei großen Arbeitsabständen, das heißt bei geringen geforderten Strahlablenkungen, kann die Notwendigkeit von unterschiedlichen Strahlablenkungen in radialer Richtung ggf. vernachlässigt werden oder keine Rolle spielen. In diesem Fall kann in radialer Richtung ein Brechungsindexgradient von Null vorgesehen sein. Mit anderen Worten weist jedes Segment in radialer Richtung einen konstanten Verlauf des Brechungsindex auf. Es ergibt sich dann lediglich eine Variation des Brechungsindex in Umfangsrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Ende.
In einer weiteren Ausgestaltung der Linseneinrichtung kann vorgesehen sein, dass das Segment an dem ersten Ende in radialer Richtung einen ersten konstanten Brechungsindexgradienten bei der Referenzwellenlänge aufweist und an dem zweiten Ende einen zweiten konstanten Brechungsindexgradienten bei der Referenzwellenlänge aufweist, der verschieden von dem ersten Brechungsindexgradienten ist.
Für unterschiedliche Außenabstände können zumindest unterschiedliche Brechungsindexgradienten vorgesehen sein, um die Arbeitsabstände optimal auszuleuchten.
In einer weiteren Ausgestaltung der Linseneinrichtung kann vorgesehen sein, dass jedes Linsensegment in Umfangsrichtung zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende einen konstanten Brechungsindexgradienten aufweist.
In diesem Fall folgt folglich in Umfangsrichtung ein linearer Verlauf des Brechungsindex. Dies stellt den besonderen Vorteil bereit, dass der kontinuierliche Übergang mit linearem Verlauf bereitgestellt ist. Verschiedene Arbeitsabstände können somit stufenlos durch Verdrehen ausgeleuchtet werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Linseneinrichtung kann vorgesehen sein, dass die Linseneinrichtung eine Lichteintrittsfläche und eine Lichtaustrittsfläche aufweist, wobei die Lichteintrittsfläche und die Lichtaustrittsfläche parallel zueinander verlaufen.
Hieraus ergibt sich ein konstruktiv einfacher Aufbau. Wie bereits eingangs kurz ausgeführt wurde, ist hier ggf. darauf zu achten, dass Lichtstrahlen auf die Lichteintrittsfläche unter einem Winkel von weniger als 90° auftreffen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Linseneinrichtung kann vorgesehen sein, dass die Linseneinrichtung eine Lichteintrittsfläche und eine Lichtaustrittsfläche aufweist, wobei die Lichtaustrittsfläche um einen beliebigen konstanten Winkel gegenüber der Lichteintrittsfläche in Richtung der Zentralachse geneigt ist.
So kann beispielsweise bereits eine gewisse „Grundablenkung“ bereitgestellt sein. Deren Variation erfolgt über die verschiedenen Brechungsindizes. Gleichzeitig ist auf diese Weise sichergestellt, dass stets eine Strahlablenkung erfolgt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Linseneinrichtung kann vorgesehen sein, dass die Linseneinrichtung eine Lichteintrittsfläche und eine Lichtaustrittsfläche aufweist, wobei an dem ersten Ende die Lichtaustrittsfläche um einen beliebigen ersten Winkel gegenüber der Lichteintrittsfläche in Richtung der Zentralachse geneigt ist, und wobei an dem zweiten Ende die Lichtaustrittsfläche gegenüber der Lichteintrittsfläche in Richtung der Zentralachse um einen beliebigen zweiten Winkel geneigt ist, der verschieden von dem ersten Winkel ist.
Auf diese Weise kann zu einer Grundablenkung eine zusätzliche Variation aufgrund der verschiedenen Winkel zwischen dem ersten und dem zweiten Ende bereitgestellt werden. Dies ist jedoch lediglich optional. So kann zusätzlich zu dem Verlauf des Brechungsindex über die Neigungswinkel zwischen Lichteintrittsfläche und Lichtaustrittsfläche eine Variation der Strahlablenkung bereitgestellt werden. Gegebenenfalls können so durch die zusammengenommene Wirkung der Änderung des Winkels zwischen Eintrittsfläche und Austrittsfläche und die Brechungsindexvariation größere Bereiche von Arbeitsabständen überstrichen werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Linseneinrichtung kann vorgesehen sein, dass jedes Segment einstückig ausgebildet und ein hinsichtlich eines Brechungsindex inhomogenes Material aufweist.
Auf diese Weise kann jedes Segment aus einem einzigen Materialteil ohne weite Fügeoperation ausgebildet werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Linseneinrichtung kann vorgesehen sein, dass jedes Segment aus mehreren Teilen ausgebildet ist, die insgesamt zumindest zwei verschiedene Materialien aufweisen.
Auf diese Weise kann durch mehrteilige Ausgestaltung jedes Segments durch Auswahl verschiedener Materialien und verschiedenen Brechungsindizes für die jeweiligen Teile ermöglicht werden, mehrere Brechungsindizes in einem schlechten Segment bereitzustellen, insbesondere einen ersten Brechungsindex an dem ersten Ende und einen zweiten Brechungsindex an dem zweiten Ende. Unter Umständen ist es hier so jedoch nicht möglich, einen kontinuierlichen Verlauf des Brechungsindex in Umfangsrichtung und/oder in radialer Richtung bereitzustellen. An den Materialübergängen können dann Sprünge im Brechungsindex auftreten.
In einer weiteren Ausgestaltung der Linseneinrichtung kann vorgesehen sein, dass die Segmente eines jeweiligen Ringbereichs unmittelbar angrenzend angeordnet sind.
Insbesondere kann vorgesehen sein, wenn ein Ringbereich in einen vollständig geschlossenen Ring ist. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Segmente nicht unmittelbar aneinander angrenzen. Beispielsweise kann ein Spalt zwischen benachbarten Segmenten gebildet sein. In einer weiteren Ausgestaltung der Linseneinrichtung kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Ringbereich ein vollständig geschlossener Ring ist und/oder dass zumindest ein Ringbereich ein Teilbereich eines Rings ist.
Ein Ringbereich muss sich somit nicht vollständig oder über 360° um die Zentralachse erstrecken. Ein Ringbereich kann tatsächlich auch nur ein Teilbereich bzw. Teilabschnitt eines geschlossenen Rings sein. Dies hängt auch immer von der Art und Anordnung der Beleuchtungsanordnungen ab. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass die Beleuchtungsanordnungen nicht gleichmäßig über den Umfang verteilt sind. Es kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass in einem ersten radialen Abstand von der Zentralachse eine Anzahl von Beleuchtungsanordnungen halbkreisförmig angeordnet ist und in einem von dem ersten radialen Abstand verschiedenen zweiten radialen Abstand eine zweite Anzahl von Beleuchtungsanordnungen halbkreisförmig angeordnet ist. Dann wäre es beispielsweise nur notwendig, dass ein Ringbereich sich nur über 180° erstreckt und der Teilbereich eines Rings ist. Ein solcher Ringbereich wäre dann in dem ersten radialen Abstand und ein weiterer in dem zweiten radialen Abstand angeordnet. Alternativ könnten natürlich auch trotz allem zwei Ringbereiche in verschiedenen radialen Abständen vorgesehen sein, die jeweils vollständig geschlossene Ringe sind.
In einer weiteren Ausgestaltung der Linseneinrichtung kann vorgesehen sein, dass jeder Ringbereich ein vollständig geschlossener Ring ist.
In dieser Ausgestaltung ist somit entweder ein einziger Ringbereich vorgesehen, der ein vollständig geschlossener Ring ist, oder mehrere Ringbereiche vorgesehen, die in unterschiedlichen radialen Abständen konzentrisch um die Zentralachse angeordnet sind.
Des Weiteren kann in einer Ausgestaltung der Linseneinrichtung vorgesehen sein, dass die Linseneinrichtung mehrere Ringbereiche aufweist, die konzentrisch um die Zentralachse angeordnet sind.
In einer weiteren Ausgestaltung der Linseneinrichtung kann vorgesehen sein, dass mindestens zwei der mehreren Ringbereiche in unterschiedlichen radialen Abständen von der Zentralachse angeordnet sind.
Jeder Ringbereich kann dabei ein vollständig geschlossener Ring sein. In jedem Ringbereich ist eine Mehrzahl von Segmenten vorgesehen. Die Segmente können dann unmittelbar einander angrenzend oder benachbart mit einem Spalt zwischen sich angeordnet sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mehrere Ringbereiche vorgesehen sind, die vollständigen geschlossenen Ringe sind mit unmittelbar an den angrenzenden Segmenten. Da die Flächen, mit denen die Segmente aneinanderstoßen, nicht die optischen Wirkflächen sind, ist es beispielsweise möglich, die Segmente einzeln zu fertigen und dann die Ringbereiche zu den fertigen Linseneinrichtungen zusammenzusetzen. Beispielsweise können die Segmente miteinander versprengt werden. Es ist auch ein Verkleben denkbar. In einer weiteren Ausgestaltung der Linseneinrichtung kann vorgesehen sein, dass die Linseneinrichtung insgesamt die Form eines geschlossenes Rings aufweist, der um die Zentralachse herum angeordnet ist.
In diesem Fall ist die Linseneinrichtung somit aus mindestens einem Ringbereich oder einer Mehrzahl von Ringbereichen ausgebildet, die jeweils vollständig geschlossene Ringe sind.
In einer weiteren Ausgestaltung der Linseneinrichtung kann vorgesehen sein, dass die Linseneinrichtung radial innerhalb des mindestens einen Ringbereichs einen freien Zentralbereich aufweist. Der freie Zentralbereich kann auch als „Aussparung“ oder „Freiraum“ bezeichnet werden.
In diesem freien Zentralbereich kann somit Strahlung hin zu dem optischen Sensor durch die Linseneinrichtung durchtreten, ohne dabei gebrochen zu werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Linseneinrichtung kann vorgesehen sein, dass die Segmente eines jeweiligen Ringbereichs des zumindest einen Ringbereichs identisch ausgebildet sind.
Es bietet sich insbesondere bei einer symmetrischen und gleichmäßigen Verteilung der Beleuchtungsanordnungen über den Umfang an. Auf diese Weise wird eine besonders kosteneffektive Fertigung des Linsensegments ermöglicht.
In einer weiteren Ausgestaltung der Beleuchtungsbaugruppe kann vorgesehen sein, dass die Beleuchtungsbaugruppe eine Mehrzahl von Beleuchtungsanordnungen aufweist, und wobei jedem Segment eine Beleuchtungsanordnung zugeordnet ist. Insbesondere ist im Segment genau eine Beleuchtungsanordnung zugeordnet.
Auf diese Weise können mehrere, beispielsweise über den Umfang verteilte Beleuchtungsanordnungen vorgesehen sein. Jedes Segment wirkt dabei genau dabei eine Beleuchtungsanordnung, so dass die Linseneinrichtung bestmöglich genutzt wird.
In einer Ausgestaltung der Beleuchtungsbaugruppe kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine Beleuchtungsanordnung eine Lichtquelle, insbesondere eine LED, aufweist, und/oder dass die Beleuchtungsanordnung eine Lichtaustrittsfläche eines Lichtwellenleiters ist.
Grundsätzlich handelt es sich bei der „Beleuchtungsanordnung“ nicht zwingend um eine Beleuchtungsanordnung mit Lichtquelle. Unter der Beleuchtungsanordnung sei grundsätzlich jede individuelle Lichtaustrittsfläche verstanden werden. Die Beleuchtungsanordnung der Beleuchtungsbaugruppe kann eine eigene Lichtquelle aufweisen. Grundsätzlich kann jedoch auch eine externe Lichtquelle in dem Koordinatenmessgerät vorgesehen sein und die Lichtstrahlung wird über die Lichtquellenleiter als das lichtemittierende Element der Beleuchtungsanordnung emittiert. Es kann sich somit um eine aktive Beleuchtungsanordnung, das heißt eine Beleuchtungsanordnung mit eigener Lichtquelle, oder um eine passive Beleuchtungsanordnung, das heißt eine Beleuchtungsanordnung, die von einer externen und nicht zur Beleuchtungsanordnung gehörenden Lichtquelle gespeist wird, handeln. In der Regel wird eine Beleuchtungsanordnung neben dem lichtemittierenden Element noch ein Kollimator aufweisen, bevor das Licht auf die Linseneinrichtung fällt. Auf diese Weise wird herbeigeführt, dass kollimierte Lichtstrahlungen auf die Linseneinrichtung einfällt bzw. dort auf die Lichteintrittsfläche trifft. Selbstverständlich sind neben LEDs auch andere Lichtquellen denkbar, beispielsweise OLEDs, Laser, jegliche Art von Weißlichtquelle oder andere Arten von Lichtstrahlung emittierenden Quellen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Beleuchtungsbaugruppe kann vorgesehen sein, dass die Beleuchtungsbaugruppe des Weiteren mindestens eine Antriebseinrichtung zum Verdrehen der Linseneinrichtung um die Zentralachse relativ zu der mindestens einen Beleuchtungsbaugruppe aufweist. So kann mindestens eine Antriebseinrichtung vorgesehen sein. Insbesondere können noch mehrere Antriebseinrichtungen vorgesehen sein, die beispielsweise gleichmäßig über den Umfang verteilt sind. Die Antriebseinrichtung kann die Linseneinrichtung dabei sowohl beispielsweise kraftschlüssig über einen Kontakt mit der Linseneinrichtung stehende Räder verdrehen. Um den Schlupf eines Schrittverlusts zu vermeiden, können auch andere Verbindungen bereitgestellt sein. Beispielsweise kann die Linseneinrichtung von einer Zahnung eingefasst und diese Verzahnung mit der Antriebseinrichtung unmittelbar oder mittelbar in Eingriff stehen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Beleuchtungsbaugruppe kann vorgesehen sein, dass die Linseneinrichtung derart relativ zu der mindestens einen Beleuchtungsanordnung angeordnet ist, dass von der Beleuchtungsanordnung emittiertes Licht unter einem Winkel von weniger als 90° auf die Linseneinrichtung trifft.
Mit anderen Worten trifft die emittierte Lichtstrahlung nicht senkrecht auf die Lichteintrittsfläche. Auf diese Weise kann in jedem Fall eine Strahlablenkung initiiert sein.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Ausführungsform eines Koordinatenmessgeräts,
2 eine Seitenansicht eines optischen Sensors des Koordinatenmessgeräts mit einer Beleuchtungsbaugruppe,
3 eine vergrößerte Ansicht einer mit einem optischen Sensor gekoppelten Beleuchtungsbaugruppe,
4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in 3,
5a - 5c verschiedene Ausführungsformen einer Beleuchtungsbaugruppe,
6 eine isometrische Ansicht einer Ausführungsform einer Linseneinrichtung,
7 eine Draufsicht auf eine schematische weitere Ausführungsform einer Linseneinrichtung,
8 eine schematische Draufsicht auf noch eine weitere Ausführungsform einer Linseneinrichtung,
9 eine schematische Draufsicht auf ein Linsensegment zur Erläuterung der Verläufe des Brechungsindex,
10 einen beispielhaften Verlauf des Brechungsindex zwischen den Punkten C und D in der 9,
11 einen beispielhaften Verlauf des Brechungsindex zwischen den Punkten E und F in der 9,
12 einen beispielhaften Verlauf des Brechungsindex zwischen den Punkten A und B in der 9,
13 eine schematische Veranschaulichung eines Verdrehens der Linseneinrichtung zur Bereitstellung einer Auflicht-Dunkelfeldbeleuchtung in unterschiedlichen Arbeitsabständen, und
14 eine Ausführungsform eines Verfahrens.

1 zeigt eine Ausführungsform eines Koordinatenmessgerätes 10. Das Koordinatenmessgerät 10 weist eine Regelungseinrichtung 12 auf, die dazu ausgebildet ist, das Koordinatenmessgerät 10 automatisiert zu steuern. Hierzu kann die Regelungseinrichtung 12 eine Datenverarbeitungseinheit 14 aufweisen. Des Weiteren kann die Regelungseinrichtung 12 auch Anzeigevorrichtungen aufweisen, die einem Nutzer des Koordinatenmessgerätes 10 Informationen über angewählte Betriebsmodi, Messergebnisse usw. anzeigen. Des Weiteren weist das Koordinatenmessgerät 10 eine Bedienungseinrichtung 16 auf, die einem Nutzer ermöglicht, das Koordinatenmessgerät 10 zu steuern. Die Bedienungseinrichtung 16 ist dabei lediglich schematisch dargestellt. Dies soll zum einen ein manuelles Bewegen des Koordinatenmessgerätes 10 ermöglichen. Des Weiteren kann die Bedienungseinrichtung 16 dazu ausgebildet sein, dass der Nutzer Systemeingaben in die Regelungseinrichtung 12 eingeben kann, um einen Betriebsmodus usw. auszuwählen. Die Regelungseinrichtung 12 kann das Koordinatenmessgerät 10 des Weiteren auch automatisch regeln.
Das Koordinatenmessgerät 10 dient dazu, ein Werkstück 18 zu vermessen. Hierzu weist das Koordinatenmessgerät 10 einen optischen Sensorkopf 20 auf, der einen optischen Sensor 22 und eine Beleuchtungsbaugruppe 24 aufweist. Die Beleuchtungsbaugruppe 24 ist mit dem optischen Sensor 22 gekoppelt.
Um den optischen Sensorkopf 20 relativ zu dem Werkstück 18 bewegen zu können, weist das Koordinatenmessgerät in der dargestellten Ausführungsform ein Portal 26 auf, das in einer Y-Richtung bewegbar ist. Ein Schlitten 28 ist in einer X-Richtung bewegbar an einer Traverse 30 des Portals 26 gelagert. Auf diese Weise kann der optische Sensorkopf 20 durch Bewegung des Schlittens 28 auf der Traverse 30 in X-Richtung bewegt werden. In dem Schlitten 28 ist eine Pinole 32 vorgesehen, die relativ zu dem Schlitten 28 in einer Z-Richtung bewegbar ist. An der Pinole 32 ist dann der optische Sensorkopf 20 angebracht. Auf diese Weise ist es möglich, den optischen Sensorkopf 20 in allen drei Raumrichtungen X, Y und Z zu bewegen. Eine Lagerung des Portals 26 des Schlittens 28 und der Pinole 32 zueinander kann beispielsweise mittels sogenannter Luftlager ausgeführt sein. Um eine Lage des Portals 26, des Schlittens 28 und der Pinole 32 zu erfassen, kann das Koordinatenmessgerät 10 Skalen aufweisen. Beispielsweise können eine Skala 34 für die X-Richtung, eine Skala 36 für die Y-Richtung und eine Skala 38 für die Z-Richtung vorgesehen sein.
Des Weiteren kann das Koordinatenmessgerät 10 eine Halteeinrichtung 40 aufweisen. In der Halteeinrichtung 40 ist mindestens ein Magazinplatz vorgesehen, insbesondere sind mehrere Magazinplätze vorgesehen. Dargestellt sind ein erster Magazinplatz 42, ein zweiter Magazinplatz 44 und ein dritter Magazinplatz 46. Jeder der Magazinplätze 42, 44, 46 kann dazu vorgesehen sein, eine bestimmte Beleuchtungsbaugruppe 24 zu tragen. Ein Wechseln einer Beleuchtungsbaugruppe 24 kann dann beispielsweise derart automatisiert erfolgen, dass die Regelungseinrichtung 12 eine momentan gekoppelte Beleuchtungsbaugruppe 24 in einem der Magazinplätze 42, 44, 46 ablegt und eine weitere Beleuchtungsbaugruppe (nicht dargestellt) aus einem anderen der Magazinplätze 42, 44, 46 aufnimmt.
In der dargestellten Ausführungsform ist die Halteeinrichtung 40 an dem Portal 26 angebracht, so dass sich die Halteeinrichtung 40 unterhalb der Traverse 30 parallel zu der Traverse 30 in X-Richtung erstreckt. Alternativ kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass die Halteeinrichtung 40 direkt an der Traverse 30 angebracht ist. Durch eine entsprechende Anordnung der Halteeinrichtung 40 können Verfahrwege zum Wechseln einer Beleuchtungsbaugruppe 24 besonders kurz gehalten werden. Wie jedoch aus der dargestellten Ansicht ersichtlich ist, besteht in der dargestellten Anordnung zunächst keinerlei Möglichkeit, den optischen Sensor 22 und die Halteeinrichtung 40 in Y Richtung relativ zueinander zu verfahren. Daher ist die Halteeinrichtung 40 in der dargestellten Ausführungsform auf einem Schlitten 48 in dem Portal 26 gelagert, so dass ein relatives Bewegen der Halteeinrichtung 40 zu dem optischen Sensor 22 in Y-Richtung möglich wird. Dabei wird die Halteeinrichtung 40 in Y-Richtung relativ zu dem Portal 26 des Schlittens 48 bewegt.
Selbstverständlich sind darüber hinaus alternative Anordnungen der Halteeinrichtung 40 denkbar. Beispielsweise ist es möglich, dass an schematisch angedeuteten Aufstellungsorten 50, 52 die Halteeinrichtung 40 positioniert wird. Sie steht dann frei in dem Koordinatenmessgerät 10. Die Magazinplätze 42, 44, 46 können dann frei von dem optischen Sensor 22 angefahren werden, um eine Beleuchtungsbaugruppe 24 abzulegen oder aufzunehmen.
2 zeigt eine schematische Detailansicht eines Teils des Koordinatenmessgerätes 10. Schematisch sind erneut der Schlitten 28 und die Pinole 32 dargestellt. Wie 2 zu entnehmen ist, kann an der Pinole 32 beispielsweise eine sogenannte Dreh-Schwenk-Einheit 54 angeordnet sein, die ein Drehen des optischen Sensors 22 um zwei Achsen ermöglicht, insbesondere in der dargestellten Ausführungsform beispielsweise sowohl um die Z-Richtung als auch die Y-Richtung. Auf diese Weise kann der optische Sensor 22 in einer Vielzahl von Richtungen ausgerichtet werden, um das Werkstück 18 aus einem gewünschten Betrachtungswinkel zu betrachten. Verschiedene Systemkomponenten sind dabei über Wechselflächen 56 gekoppelt, beispielsweise ist mittels einer Wechselfläche 56 der optische Sensor 22 mit der Dreh-Schwenk-Einheit 54 gekoppelt. Über die Wechselfläche 56 hinweg werden elektrische Versorgungsleitungen, Kommunikationsschnittstellen, optische Schnittstellen usw. bereitgestellt, um den optischen Sensor 22 zum einen mit Energie zu versorgen und zum anderen das Werkstück 18 anstrahlen zu können. Des Weiteren werden die von dem optischen Sensor 22 erfassten Daten über die Wechselfläche 56 und die dort bereitgestellten Schnittstellen hinweg zu der der Regelungseinrichtung 12 und ihrer Datenverarbeitungseinheit 14 geleitet.
An dem optischen Sensor 22 ist entlang einer ersten Schnittstelleneinrichtung 58 die Beleuchtungsbaugruppe 24 gekoppelt. Die Beleuchtungsbaugruppe 24 weist in der dargestellten Ausführungsform die Form eines kreisförmigen Rings auf. Darüber hinaus weist der optische Sensor 22 noch eine Abbildungsoptik 60 auf, die dazu dient, von einem Werkstück 18 empfangene Lichtstrahlung auf den optischen Sensor 22 abzubilden.
Die Ausgestaltung der Beleuchtungsbaugruppe 24 wird im Folgenden im Hinblick auf die weiteren Figuren erläutert.
In 3 ist schematisch die Beleuchtungsbaugruppe 24 dargestellt. Diese ist mit dem optischen Sensor 22 gekoppelt ist. Die Beleuchtungsbaugruppe 24 weist einen Grundkörper 61 auf. Der Grundkörper 61 wiederum weist eine Sensorseite 62 auf, die dem optischen Sensor 22 zugewandt ist. Gegenüberliegend zu der Sensorseite 62 weist der Grundkörper 61 eine Werkstückseite 64 auf, die im Betrieb dem Werkstück 18 zugewandt ist. Der Sensorseite 62 des Grundkörpers 61 liegt im gekoppelten Zustand beispielsweise eine Kopplungsseite 66 des Sensors 22 gegenüber. Die Beleuchtungsbaugruppe 24 weist des Weiteren eine im Folgenden noch näher erläuterte Linseneinrichtung 120 auf. Des Weiten kann eine Antriebseinrichtung 122 bereitgestellt sein, die dazu ausgebildet ist, die Linseneinrichtung 120 zu verdrehen, insbesondere relativ zu zumindest einer Beleuchtungsanordnung. Des Weiteren kann eine Antriebseinrichtung 123 bereitgestellt sein, die dazu ausgebildet ist, zumindest die Linseneinrichtung 120 und/oder weitere Elemente der Beleuchtungsbaugruppe relativ zu der Abbildungsoptik 60 parallel zu einer optischen Achse der Abbildungsoptik und/oder parallel zu der Zentralachse 124 zu bewegen. Auf diese Weise kann ein optischer Arbeitsabstand beibehalten und ein Einfallswinkel der Beleuchtungsstrahlung gegenüber der Zentralachse verändert werden.
Zum Koppeln der Kopplungsseite 66 des optischen Sensors 22 und der Sensorseite 62 des Grundkörpers 61 ist eine Dreipunktlagerung 68 vorgesehen. Eine solche Dreipunktlagerung ist dem Durchschnittsfachmann grundsätzlich bekannt und dient dazu, die Beleuchtungsbaugruppe 24 in eindeutiger Lage mit dem optischen Sensor 62 zu koppeln. Hierzu sind Dreipunktlagerelemente 68 an der Sensorseite 62 der Beleuchtungsbaugruppe 24 und Dreipunktlagerelemente 72 an der Kopplungsseite 66 des optischen Sensors 22 vorgesehen. Dabei ist beispielsweise eine Lagerung über Kugelpaare, Kugel-WalzenPaare oder eine Lagerung in Senkung für die erste Kugel, eine Lagerung in einer V-Nut für die zweite Kugel und eine Lagerung auf einer Fläche für die dritte Kugel der Dreipunktlagerung vorgesehen.
Um eine notwendige Haltekraft aufzubringen, die die Beleuchtungsbaugruppe 24 und den optischen Sensor 22 zusammenhält, kann vorgesehen sein, dass in dem Grundkörper 61 ein Permanentmagnet 74 vorgesehen ist. Der Permanentmagnet 74 ist dabei derart angeordnet, dass sich die Magnetfeldlinien über die erste Schnittstelleneinrichtung 58 hinweg durch den optischen Sensor 22 erstrecken, so dass eine geeignete Haltekraft zwischen der Beleuchtungsbaugruppe 24 und dem optischen Sensor 22 bereitgestellt ist. Natürlich müssen sich die Magnetfeldlinien dabei durch einen ferromagnetischen Werkstoff in dem optischen Sensor 22 erstrecken. Auch kann ein weiterer Permanentmagnet oder ein Elektromagnet (nicht dargestellt) in dem optischen Sensor vorhanden sein, um zusammen mit dem Permanentmagneten 74 die erforderliche Haltekraft aufzubringen. Selbstverständlich kann darüber hinaus auch vorgesehen sein, dass zusätzliche Permanentmagneten sowohl in der Beleuchtungsbaugruppe 24 und/oder in dem optischen Sensor 22 vorgesehen sind. Selbstverständlich kann auch vorgesehen sein, dass der Permanentmagnet 74 nur in dem optischen Sensor 22 vorgesehen ist.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass der optische Sensor 22 einen Elektromagneten 76 aufweist, der schaltbar ist. Dieser ist dabei derart ausgestaltet, dass er ein von dem Permanentmagnet 74 aufgebrachtes Magnetfeld zumindest teilweise neutralisiert, so dass die Beleuchtungsbaugruppe 24 einfacher von dem optischen Sensor 22 getrennt werden kann. Selbstverständlich kann auch vorgesehen sein, dass einer oder mehrere Elektromagneten in der Beleuchtungsbaugruppe 24 angeordnet sind. Um die Notwendigkeit einer Energieversorgung der Beleuchtungsbaugruppe 24 vermeiden zu können, kann der Elektromagnet in dem optischen Sensor 22 vorgesehen sein.
Des Weiteren kann in der Beleuchtungsbaugruppe 24 aber auch eine Energieempfangseinrichtung 77 vorgesehen sein, die entweder drahtlos oder drahtgebunden über die erste Schnittstelleneinrichtung 58 hinweg mit dem optischen Sensor 22 derart gekoppelt ist, dass die Beleuchtungsbaugruppe 24 mit einer Energieversorgung versehen ist.
4 zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Linie IV-IV in 3.
Wie in dem Querschnitt in 4 zu erkennen ist, weist der Grundkörper 61 die Form eines kreisförmigen Rings auf. Mit anderen Worten hat der Grundkörper 61 im Wesentlichen die Form eines Zylinders mit einer zentralen Aussparung. Insofern weist der Grundkörper 61 der Beleuchtungsbaugruppe 24 einen freien Zentralbereich 78 auf, der die Aussparung bildet. Des Weiteren weist der Grundkörper 61 einen Randbereich 80 auf. In der dargestellten Ansicht ist die Linseneinrichtung 120 von dem Grundkörper 61 verdeckt. Der Randbereich 80 weist dann die erste Schnittstelleneinrichtung 58 mit in der dargestellten Ausführungsform beispielsweise drei Permanentmagneten 74, sowie weiteren optischen Schnittstellen 82, um Licht von der optischen Sensor 22 in die Beleuchtungsbaugruppe 24 zu leiten, und elektrischen Schnittstellen 84 zur Energieversorgung der Beleuchtungsbaugruppe 24 auf. Die Darstellung der Dreipunktlagerung erfolgt in der 4 und den folgenden Figuren dabei lediglich schematisiert.
Selbstverständlich ist die in 4 dargestellte Ausführungsform lediglich beispielhaft zu verstehen. Beispielsweise kann auch eine lediglich passive Beleuchtungsanordnungen aufweisende Beleuchtungsbaugruppe 24 keinerlei elektrische Schnittstellen 84 in dem Randbereich 80 aufweisen. Darüber hinaus ist es möglich, dass eine lediglich aktive Beleuchtungsanordnungen aufweisende Beleuchtungsbaugruppe 24 keinerlei optische Schnittstellen 82 in dem Randbereich 80 aufweist.
In 5a ist eine erste Ausführungsform einer Beleuchtungsbaugruppe 24 beispielhaft dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und werden im Folgenden nicht erneut erläutert.
In der dargestellten Ausführungsform weist der optische Sensor 22 zumindest eine Lichtquelle 86 auf. Die Lichtquellen 86 können beispielsweise als eine Mehrzahl von punktförmigen Lichtquellen, beispielsweise LEDs oder OLEDs oder Laser ausgebildet sein, die ringförmig angeordnet sind, insbesondere gleichmäßig über den Umfang einer Zentralachsel 124 verteilt.
Die Beleuchtungsbaugruppe 24 weist mehrere Beleuchtungsanordnungen 88 auf. Die Beleuchtungsanordnungen 88 sind lediglich passiv ausgebildet. Die Beleuchtungsanordnungen 88 weisen beispielsweise jeweils einen Lichtleiter 89 auf und kann darüber hinaus optische Elemente 90, beispielsweise refraktive optische Elemente, diffraktive optische Elemente, reflektierende optische Elemente und/oder holografische optische Elemente aufweisen. Dies muss jedoch nicht der Fall sein. Beliebige Kombinationen derartiger optischer Elemente sind denkbar, um eine gewünschte Beleuchtung mittels der Beleuchtungsanordnung 88 bereitzustellen. Des Weiteren sind statt eines Lichtleiters 89 natürlich auch mehrere, rotationssymmetrisch oder kreisförmig angeordnete Beleuchtungsanordnungen denkbar, die Beleuchtungsanordnungen können dabei aktiv oder passiv sein. Das von der Lichtquelle 86 emittierte Licht wird in den Lichtleiter 89 eingekoppelt, durch die Beleuchtungsbaugruppe 24 geleitet und auf gewünschte Weise abgelenkt, so dass letztendlich eine geeignete Beleuchtung des Werkstücks 18 mittels der Beleuchtungsbaugruppe 24 bereitgestellt ist. Darüber hinaus weist die Beleuchtungsbaugruppe 24 eine Wechselschnittstelleneinrichtung 96 auf, die in der dargestellten Ausführungsform als umlaufender Vorsprung ausgebildet ist. Der umlaufende Vorsprung kann dann beispielsweise mit einer umlaufenden Nut in einem Magazinplatz 42, 44, 46 der Halteeinrichtung 40 zusammenwirken, so dass beispielsweise dann die Beleuchtungsbaugruppe 24 in einen solchen Magazinplatz eingeschoben werden kann.
In der 5b ist eine weitere Ausführungsform einer Beleuchtungsbaugruppe 24 dargestellt. Gleiche Elemente sind erneut mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Es wird daher nur auf die Unterschiede eingegangen.
Die Beleuchtungsbaugruppe 24 weist eine Identifikationseinrichtung 98 auf, die von einer Identifikationsleseeinrichtung 100 ausgelesen werden kann. Das Auslesen kann dabei drahtgebunden oder aber drahtlos erfolgen. Die Identifikationsleseeinrichtung 100 kann in dem optischen Sensor 22 angeordnet sein. Sie kann aber auch in jedem anderen Element des Koordinatenmessgeräts 10 angeordnet sein. Sie kann auch direkt Teil der Regelungseinrichtung 12 bzw. der Datenverarbeitungseinheit 14 sein. Auf diese Weise ist es möglich, die Beleuchtungsbaugruppe 24 eindeutig zu identifizieren und diese Information der Regelungseinrichtung 12 bereitzustellen. Dies dient zum einen dazu, die gekoppelte Beleuchtungsbaugruppe 24 und dessen Beleuchtungsart zu identifizieren, zum anderen können beispielsweise auch Dimensionen der Beleuchtungsbaugruppe 24 in der Identifikationseinrichtung 98 hinterlegt sein und ausgelesen werden, um auf diese Weise ein kollisionsfreies Regeln einer Bewegung des mit der Beleuchtungsbaugruppe 24 gekoppelten optischen Sensors 22 zu ermöglichen.
In der dargestellten Ausführungsform ist die Beleuchtungsbaugruppe 24 als sogenannte aktive Beleuchtungsbaugruppe ausgestaltet. Sie weist zwei Lichtquellen 102 auf, so dass die Beleuchtungsbaugruppe 24 in 5b zwei Beleuchtungsanordnungen 88 aufweist.
Insbesondere kann die Lichtquelle 102 in energiesparender LED/OLED-Technik oder als Laser ausgeführt sein. Die Lichtquellen 102 können zum Beispiel in Gruppen, getrennt nach Farben, in einem Dauerstrich- oder in einem Pulsbetrieb genutzt werden. Wenn viele unterschiedliche Lichtquellen genutzt werden sollen, so ist es vorteilhaft, eine Steuerungseinrichtung direkt in der Beleuchtungsbaugruppe 24 vorzusehen. Entsprechend ist über die erste Schnittstelleneinrichtung 58 eine elektrische Schnittstelle zur Versorgung einer solchen Steuerungseinrichtung mit Energie und Steuersignalen vorzusehen. Die Versorgung mit elektrischer Energie kann dabei drahtlos oder drahtgebunden ausgeführt sein. Insbesondere kann des Weiteren vorgesehen sein, dass eine Energieversorgung für eine Steuerungseinrichtung und eine Energieversorgung für die Lichtquellen 102 getrennt voneinander ausgeführt sind. Des Weiteren können Kollimatoren 121 bereitgestellt sein, um das emittierte Licht vor dem Auftreffen auf die Linseneinrichtung 120 zu kollimieren. Falls die Linseneinrichtung 120 eine Lichteintrittsfläche aufweist, die parallel zu einer Lichtaustrittsfläche ist, kann die Linseneinrichtung 120 derart relativ zu der Beleuchtungsanordnung bzw. den Kollimatoren 121 angeordnet sein, dass das kollimierte Licht unter einem Winkel von weniger als 90° auf die Lichteintrittsfläche auftrifft. So können die unterschiedlichen Brechungsindizes eines jeden Segments die gewünschte unterschiedliche Strahlablenkung in Richtung einer Zentralachse der Linseneinrichtung 120 bewirken.
In 5c ist noch eine weitere Ausführungsform einer Beleuchtungsbaugruppe 24 dargestellt. Die Beleuchtungsbaugruppe 24 in der 5c weist kombiniert sowohl aktive als auch passive Beleuchtungsanordnungen 88 auf. Im dargestellten Beispiel sind etwa zwei Beleuchtungsanordnung 88 lediglich mittels zweier Lichtleiter 89, 103 bereitgestellt, die das von einer Lichtquelle 86 des optischen Sensors 22 emittierte Licht durch die Beleuchtungsbaugruppe 24 leiten. Darüber hinaus sind unterstützend zwei Beleuchtungsanordnungen 88 vorgesehen, die jeweils als aktiv Licht emittierenden Lichtquellen 102 bereitgestellt sind.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungsbaugruppe 24 kann somit entweder passive Beleuchtungsanordnungen, aktive Beleuchtungsanordnungen oder sowohl aktive als auch passive Beleuchtungsanordnungen 88 aufweisen.
6 zeigt eine Ausführungsform einer Linseneinrichtung 120. Die dargestellte Linseneinrichtung 120 erstreckt sich ringförmig um eine Zentralachse 124. Die Linseneinrichtung 120 weist eine Lichteintrittsfläche 126 und eine Lichtaustrittsfläche 128 auf. Die Lichteintrittsfläche 126 und die Lichtaustrittsfläche 128 sind die optisch wirkenden Flächen der Linseneinrichtung 120. Die Linseneinrichtung 120 weist in der dargestellten Ausführungsform vier Ringbereiche 130, 132, 134 und 126 auf. Generell weist die Linseneinrichtung 120 mindestens einen Ringbereich 130 auf. Jeder Ringbereich 130 bis 136 kann lediglich ein Teilbereich eines vollständig geschlossenen Rings sein oder ein vollständig geschlossener Ring sein. In der dargestellten Ausführungsform sind alle vier Ringbereiche 130 bis 136 vollständig geschlossene Ringe. Die Ringbereiche 130 bis 136 verlaufen konzentrisch um die Zentralachse 124 in unterschiedlichen radialen Abständen. Eine Umfangsrichtung um die Zentralachse 124 ist mit 138 bezeichnet. Jeder Ringbereich verläuft in der Umfangsrichtung 138 um die Zentralachse 124 herum.
Jeder Ringbereich 130 bis 136 weist eine Mehrzahl von Segmenten 140 auf. Jedes Segment 140 bildet einen Kreisbogenabschnitt 142 eines jeweiligen Ringbereichs aus. Weist beispielsweise ein vollständig geschlossener Ringbereich, bei dem die Segmente 140 unmittelbar aneinander angrenzend angeordnet sind, insgesamt 24 Segmente auf, so erstreckt sich jedes Segment über einen Bogenwinkel von 15°. Dies ist jedoch lediglich beispielhaft zu verstehen. Selbstverständlich können auch andere Teilungen vorgenommen sein.
In der Darstellung der 6 sind die einzelnen Segmente zur Veranschaulichung der unterschiedlichen Brechungsindizes mit geneigten Flächen dargestellt. Dies dient jedoch lediglich der Veranschaulichung. Grundsätzlich kann eine Lichtaustrittsfläche, das heißt eine in der 6 nach oben weisende Fläche, jedes Segment 140 planparallel zu der Lichteintrittsfläche 126 verlaufen. Beispielsweise können aber auch Lichtaustrittsfläche 128 relativ zu der Lichteintrittsfläche 126 schlichtweg einen Konstantenneigungswinkel aufweisen. Wie zu erkennen ist, nimmt jedes Segment 140 ein Kreisbogenabschnitt 142 ein. In Umfangsrichtung ergibt sich somit für jedes Segment ein erstes Ende 144 und ein zweites Ende 146. In jedem Segment 140 ist eine Beleuchtungsanordnung 88 zugeordnet. In der dargestellten Ausgestaltung weist beispielsweise das erste Ende 144 einen hohen Brechungsindex auf. In dem vereinfachten Beispiel kann der Verlauf des Brechungsindex in radialer Richtung konstant sein, das heißt ein Brechungsindexgradient in radialer Richtung ist Null. In dem ersten Ende 144 liegt somit ein hoher Brechungsindex vor. In dem zweiten Ende 146 liegt ein niedriger Brechungsindex vor. Der hohe Brechungsindex am ersten Ende 144 ist durch eine steile Fläche visualisiert, der niedrige Brechungsindex an dem zweiten Ende 146 durch eine relativ flache Fläche. Der höhere Brechungsindex in dem ersten Ende 144 führt somit zu einer stärkeren Strahlablenkung. Ein Lichtstrahl wird so auf eine Senkrechte zu der Zentralachse 124 zu einem ersten Winkel 148 und geringerem Arbeitsabstand gebrochen. Der kleinere Brechungsindex an dem zweiten Ende 146 kann zu einem bezogen auf eine Senkrechte zu der Zentralachse 124 größerem Winkel 150 führen und einem größeren Arbeitsabstand. Die Veranschaulichung in 6 ist jedoch lediglich schematisch. Grundsätzlich kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass an dem ersten Ende 144 der geringere Brechungsindex vorgesehen ist und an dem zweiten Ende 146 der größere Brechungsindex.
Insbesondere kann jedem Segment 140 eine Beleuchtungsanordnung 88 zugeordnet sein. Die Beleuchtungsanordnung 88 kann „aktiv“ sein, beispielsweise eine Lichtquelle, wie beispielsweise eine LED, OLED oder ein Laser. Grundsätzlich können zwischen der Lichtquelle und der Linseneinrichtung jeweils noch weitere optische Elemente angeordnet sein, beispielsweise Kollimatoren oder Ähnliches. Bei einer Beleuchtungsanordnung 88 kann es jedoch sich auch um eine „passive“ Beleuchtungsanordnung handeln, beispielsweise um die Lichtaustrittsfläche eines Lichtwellenleiters, der Licht von einem entfernt liegenden lichtemittierenden Element zuführt. Es kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass von einem einzigen lichtemittierenden Element mehrere Lichtwellenleiter ausgehen, die die Beleuchtungsanordnungen 88 speisen.
Jedem Segment 140 ist also eine Beleuchtungsanordnung 88 zugeordnet. Nun wird es möglich, den Winkel, um den die Linseneinrichtung 120 das Licht der Beleuchtungsanordnungen 88 bezüglich der Zentralachse 124 ablenkt, durch Verdrehen der Linseneinrichtung 120 um die Zentralachse 124 herum zu ändern. In einer ersten Position sind beispielsweise alle Beleuchtungsanordnungen nahe dem jeweiligen ersten Ende 144 jedes Segments 140 angeordnet. Durch Verdrehen kann eine zweite Position erreicht werden, in dem jede Beleuchtungsanordnung 88 nahe dem jeweiligen zweiten Ende 146 eines Segments 140 angeordnet ist. So wirkt in der ersten Position der erste Brechungsindex 148 bzw. n_A und in der zweiten Position der zweite Brechungsindex 150 bzw. n_B. Auf diese Weise können verschiedene Arbeitsabstände beleuchtet werden. So kann beispielsweise eine Dunkelfeld-Auflichtbeleuchtung optimal an einen Abstand eines Messobjekts eingestellt werden. Es ist nicht notwendig, bei einer Variation des Arbeitsabstandes beispielsweise die Beleuchtungsbaugruppe zu ändern.
In der in 6 dargestellten Ausführungsform kann durch Verdrehen der Linseneinrichtung um maximal 15° der gesamte Winkelbereich zwischen dem ersten Brechungsindex 148 bzw. n_A und dem zweiten Brechungsindex 150 bzw. n_B mit der Beleuchtung überstrichen werden. Auf diese Weise kann auch ein entsprechender Beleuchtungsabstandsbereich überstrichen werden und die Auflichtbeleuchtung, insbesondere eine Dunkelfeld-Auflichtbeleuchtung wie gewünscht eingestellt werden. Insbesondere bei einer Dunkelfeld-Auflichtbeleuchtung, die sehr sensibel hinsichtlich des eingestellten Beleuchtungsabstandes bzw. des Einfallswinkels gegenüber der Zentralachse 124 ist, kann so die Beleuchtung für variable Arbeitsabstände feineingestellt werden. Ein einziger Aktuator, der die Linseneinrichtung 120 relativ zu dem Beleuchtungsanordnungen 88 verdreht, kann hierfür ausreichend sein.
Die 7 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer Linseneinrichtung 120. Die Linseneinrichtung weist drei Ringbereiche 130, 132, 134 auf. Diese erstrecken sich konzentrisch um den freien Zentralbereich 78 um die Zentralachse 124. Schematisch sind in einer Draufsicht die Brechungsindizes 148 bzw. n_A und 150 bzw. n_B gekennzeichnet. In der Draufsicht der 7 ist zu erkennen, dass alle Segmente 140 unmittelbar aneinander angrenzen. Dies ist in allen drei Ringbereichen 130, 132, 134 der Fall.
In der 8 ist eine weitere schematische Draufsicht auf eine Linseneinrichtung 120" gezeigt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede erläutert, gleiche Elemente sind nach wie vor mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. In dem dritten Ringbereich 134 sind die Segmente wiederum unmittelbar aneinander angrenzend angeordnet. In dem ersten Ringbereich 130 und dem zweiten Ringbereich 132 sind die Segmente jedoch mit Abständen bzw. Spalten 160 zwischen sich angeordnet. Ein jeweiliger Ringbereich 130 bis 136 zeichnet sich dann also durch den gleichen radialen Abstand 152 der dazugehörigen Segmente 140 aus. Alle Ringbereiche sind jedoch in der in 8 dargestellten Ausführungsform vollständige Ringe.
In einigen Fällen kann beispielsweise aber auch eine nicht symmetrische Anordnung von Beleuchtungsanordnungen 88 gegeben sein. Beispielsweise könnte es der Fall sein, dass in dem jeweiligen radialen Abstand 152 des ersten Ringbereichs 130 nur zwei Beleuchtungsanordnungen vorgesehen sind, die den mit 140' bezeichneten Segmenten zugeordnet sind. Dann wäre entsprechend der erste Ringbereich 130 nur ein Teilbereich eines vollständigen Rings. Jedoch wären nach wie vor die Segmente 140' im selben radialen Abstand 152 zur Zentralachse 124 angeordnet.
9 zeigt eine Draufsicht auf ein beispielhaftes Segment 140. Wie bereits voranstehend ausführlich erläutert, ist ein Brechungsflächensegment ein Kreisbogenabschnitt eines der Ringbereiche. Es erstreckt sich folglich zum einen in radialer Richtung R als auch in Umfangsrichtung oder tangentialer Richtung. Grundsätzlich ist vorgesehen, dass an dem ersten Ende 144 ein erster Brechungsindex vorgesehen ist und an dem zweiten Ende 146 ein zweiter Brechungsindex, der von dem ersten Brechungsindex verschieden ist. Beispielhaft sind zwei Punkte A und B eingezeichnet. A liegt an dem ersten Ende 144 und B an dem zweiten Ende 146. Beide weisen denselben radialen Abstand zu der Zentralachse 124 auf. Dieser radiale Abstand ist mit R2 bezeichnet. Folglich liegt an dem Punkt A ein Brechungsindex n_A vor. An dem Punkt B liegt ein Brechungsindex n_B vor. Die Brechungsindizes n_A und n_B sind verschieden voneinander.
In der 12 ist eine Darstellung eines Verlaufs des Brechungsindex zwischen den Punkten A und B in der Umfangsrichtung (das heißt in Richtung φ dargestellt). In der dargestellten Ausgestaltung ist der 12 zu entnehmen, dass ein Gradient des Brechungsindex konstant gewählt ist. Es liegt folglich ein linearer Verlauf zwischen dem Brechungsindex n_A und n_B vor.
Dies ist jedoch lediglich beispielhaft. Es sind auch quadratische Verläufe oder Verläufe anderer Art möglich. Grundsätzlich ist auch ein Verlauf in einer Sprungfunktion denkbar, insbesondere wenn das Segment 140 aus mehreren Teilmaterialien hergestellt wird.
Des Weiteren kann wieder mit Blick auf die 9 jedes Segment 140 auch in radialer Richtung einen sich ändernden Brechungsindex aufweisen. Beispielhaft ist hier ein innerer Radius R1 dargestellt, der kleiner als der Radius R2 ist. Des Weiteren ist ein Radius R3 dargestellt, der größer als der Radius R2 ist. Zwischen den Radien R1 und R3 beispielsweise ist zwischen den Punkten C und D in der Nähe des ersten Endes 144 ein Verlauf der Brechungsindizes bereitgestellt sein, der schematisch in der 10 dargestellt ist. Der Brechungsindex verläuft zwischen einem Brechungsindex n_C hin zu einem Brechungsindex n_D. Auch hier ist dargestellt, dass der Brechungsindexgradient konstant ist und somit ein linearer Verlauf des Brechungsindex zwischen R1 und R3 vorliegt. Auf diese Weise, kann, wie in der 10 dargestellt ist, beispielsweise eine starke Strahlablenkung für kleine Arbeitsabstände bereitgestellt sein. Das heißt der Brechungsindex n_C und der Brechungsindex n_D sind relativ groß gewählt. Insbesondere ist der Brechungsindex n_C größer als ein Brechungsindex n_E an einem Punkt E und wie im Folgenden noch beschrieben wird. Des Weiteren ist ein Brechungsindex n_D größer als ein Brechungsindex n_F, die an dem Punkt F vorliegt, wie im Folgenden ebenfalls noch mit Bezug auf die Fig. F beschrieben wird. Des Weiteren ist der Gradient an diesem ersten Ende 144 zwischen den Punkten C und D groß gewählt. Aufgrund des geringen Arbeitsabstandes spielt die radiale aus Erstreckung der Fläche 144 eine größere Rolle und radial außen über den Punkt D ist eine höhere Strahlablenkung gefordert als radial innen an Punkt C, um ein Strahlenbündel, das in der beispielhaften Darstellung von Beleuchtungsanordnung 88 ausgestrahlt wird, mittels der entsprechenden Linseneinrichtung 120 in einen ersten, geringen Arbeitsabstand zu brechen.
Im Hinblick auf die 9 ist des Weiteren ein Verlauf bei Punkt E und bei Punkt F in der Nähe des zweiten Endes 146 eingezeichnet. Der Punkt E befindet sich ebenfalls im radialen Abstand R1 von der Zentralachse 124. Der Punkt F befindet sich ebenfalls im Abstand R3 von der Zentralachse 124. Der Verlauf des Brechungsindex ist in der 11 dargestellt. In der gleichen Anordnung wird hier ein größerer Arbeitsabstand beleuchtet. Deswegen sind insgesamt geringere Brechungskoeffizienten notwendig. Der Brechungsindex am Punkt E ist somit geringer als der Punkt C und der Brechungsindex am Punkt F geringer als der Brechungsindex am Punkt D. Des Weiteren spielt die radiale Ausdehnung aufgrund unterschiedlichen geometrischer Verhältnisse hier eine geringere Rolle, so dass auch ein Brechungsindexgradient geringer gewählt werden kann, wie in der 11 dargestellt ist.
In der 13 ist dies schematisch noch einmal dargestellt. In der ersten Position können mittels einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsbaugruppe 24, die eine Linseneinrichtung 120 aufweist, ein erster Arbeitsabstand 156 als Dunkelfeld-Auflichtbeleuchtung ausgeleuchtet werden. Wird der Arbeitsabstand variiert zu einem zweiten Arbeitsabstand 158, muss die Beleuchtungsbaugruppe 24 nicht getauscht werden. Durch Verdrehen der Linseneinrichtung 120 in die zweite Position wird es möglich, die Auflicht-Dunkelfeldbeleuchtung optimal auf den neuen Arbeitsabstand 158 einzustellen, so dass das Messobjekt 18 erneut in einem Dunkelfeld ausgeleuchtet ist.
Entsprechend ist in 14 eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Beleuchten eines Messobjekts 18, insbesondere mit einer Dunkelfeld-Auflichtbeleuchtung dargestellt. Das Verfahren ist allgemein mit 200 bezeichnet. In dem Verfahren wird ein Koordinatenmessgerät mit einer Beleuchtungsbaugruppe mit einer Linseneinrichtung bereitgestellt, wobei sich die Linseneinrichtung, insbesondere ringförmig, entlang einer Umfangsrichtung um eine Zentralachse 124 der Linseneinrichtung erstreckt und schließlich der Schritt 204 ausgeführt, wobei ein Verdrehen der Linseneinrichtung um die Zentralachse 124 erfolgt. Bei der Zentralachse 124 kann es sich insbesondere um eine optische Achse einer Abbildungsoptik eines optischen Sensors des Koordinatenmessgeräts handeln. Die ist kann in allen Ausgestaltungen der Erfindung für die Zentralachse 124 der Fall sein.
Des Weiteren erfolgt vorab ein Schritt 202, wonach eine Linseneinrichtung 120 bereitgestellt wird, wobei die Linseneinrichtung 120 mindestens einen Ringbereich 130, 132, 134, 136 aufweist, wobei sich jeder Ringbereich 130, 132, 134, 136 entlang einer Umfangsrichtung 138 um eine Zentralachse 124 der Linseneinrichtung 120 erstreckt, wobei jeder Ringbereich 130, 132, 134, 136 eine Mehrzahl von Segmenten 140 aufweist, wobei jedes Segment 140 einen Kreisbogenabschnitt 142 eines jeweiligen Ringbereichs 130, 132, 134, 136 ausbildet, und wobei jedes Segment 140 in der Umfangsrichtung 138 ein erstes Ende 144 und ein dem ersten Ende 144 in der Umfangsrichtung 138 entgegengesetztes zweites Ende 146 aufweist, wobei jedes Segment an dem ersten Ende 144 in einem ersten radialen Abstand R2 von der Zentralachse 124 einen ersten Brechungsindex n_A bei einer Referenzwellenlänge aufweist und an dem zweiten Ende 146 in dem ersten radialen Abstand R2 einen zweiten Brechungsindex n_B bei der Referenzwellenlänge aufweist, der verschieden von dem ersten Brechungsindex n_A ist.

Claims

Linseneinrichtung (120) für eine Beleuchtungsbaugruppe (24), wobei die Linseneinrichtung (120) mindestens einen Ringbereich (130, 132, 134, 136) aufweist, wobei sich jeder Ringbereich (130, 132, 134, 136) entlang einer Umfangsrichtung (138) um eine Zentralachse (124) der Linseneinrichtung (120) erstreckt, wobei jeder Ringbereich (130, 132, 134, 136) eine Mehrzahl von Segmenten (140) aufweist, wobei jedes Segment (140) einen Kreisbogenabschnitt (142) eines jeweiligen Ringbereichs (130, 132, 134, 136) ausbildet, und wobei jedes Segment (140) in der Umfangsrichtung (138) ein erstes Ende (144) und ein dem ersten Ende (144) in der Umfangsrichtung (138) entgegengesetztes zweites Ende (146) aufweist, wobei jedes Segment an dem ersten Ende (144) in einem ersten radialen Abstand (R2) von der Zentralachse (124) einen ersten Brechungsindex (n_A) bei einer Referenzwellenlänge aufweist und an dem zweiten Ende (146) in dem ersten radialen Abstand (R2) einen zweiten Brechungsindex (n_B) bei der Referenzwellenlänge aufweist, der verschieden von dem ersten Brechungsindex (n_A) ist.
Linseneinrichtung (120) nach Anspruch 1, wobei jedes Segment in radialer Richtung einen Brechungsindexgradienten mit einem Betrag verschieden von Null aufweist.
Linseneinrichtung (120) nach Anspruch 1, wobei jedes Segment in radialer Richtung einen Brechungsindexgradienten mit einem Betrag von Null aufweist, insbesondere wobei die Linseneinrichtung eine Mehrzahl von Ringbereichen (130, 132, 134, 136) aufweist.
Linseneinrichtung (120) nach einem der Ansprüche 1 oder 2 wobei jedes Segment an dem ersten Ende (144) in radialer Richtung einen ersten konstanten Brechungsindexgradienten bei der Referenzwellenlänge aufweist und an dem zweiten Ende (146) einen zweiten konstanten Brechungsindexgradienten bei der Referenzwellenlänge aufweist, der verschieden von dem ersten Brechungsindexgradienten ist.
Linseneinrichtung (120) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jedes Linsensegment in Umfangsrichtung zwischen dem ersten Ende (144) und dem zweiten Ende (146) einen konstanten Brechungsindexgradienten aufweist.
Linseneinrichtung (120) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Linseneinrichtung (120) eine Lichteintrittsfläche (126) und eine Lichtaustrittsfläche (128) aufweist, wobei die Lichteintrittsfläche (126) und die Lichtaustrittsfläche (128) parallel zueinander verlaufen.
Linseneinrichtung (120) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Linseneinrichtung (120) eine Lichteintrittsfläche (126) und eine Lichtaustrittsfläche (128) aufweist, wobei die Lichtaustrittsfläche (128) um einen beliebigen konstanten Winkel (148) gegenüber der Lichteintrittsfläche (126) in Richtung der Zentralachse (124) geneigt ist.
Linseneinrichtung (120) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Linseneinrichtung (120) eine Lichteintrittsfläche (126) und eine Lichtaustrittsfläche (128) aufweist, wobei an dem ersten Ende (144) die Lichtaustrittsfläche (128) um einen beliebigen ersten Winkel (148) gegenüber der Lichteintrittsfläche (126) in Richtung der Zentralachse (124) geneigt ist, und wobei an dem zweiten Ende (146) die Lichtaustrittsfläche (128) gegenüber der Lichteintrittsfläche (126) in Richtung der Zentralachse (124) um einen beliebigen zweiten Winkel (150) geneigt ist, der verschieden von dem ersten Winkel (148) ist.
Linseneinrichtung (120) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei jedes Segment einstückig ausgebildet und ein hinsichtlich eines Brechungsindex inhomogenes Material aufweist, oder jedes Segment mehreren Teilen ausgebildet ist, die insgesamt zumindest zwei verschiedene Materialien aufweisen.
Linseneinrichtung (120) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Segmente (140) eines jeweiligen Ringbereichs (130, 132, 134, 136) unmittelbar aneinander angrenzend angeordnet sind.
Linseneinrichtung (120) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei zumindest ein Ringbereich (130, 132, 134, 136) ein vollständig geschlossener Ring ist und/oder dass zumindest ein Ringbereich (130, 132, 134, 136) ein Teilbereich eines Rings ist.
Linseneinrichtung (120) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die jeder Ringbereich (130, 132, 134, 136) ein vollständig geschlossener Ring ist.
Linseneinrichtung (120) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Linseneinrichtung (120) mehrere Ringbereiche (130, 132, 134, 136) aufweist, die konzentrisch um die Zentralachse (124) angeordnet sind, insbesondere wobei mindestens zwei der mehreren Ringbereiche (130, 132, 134, 136) in unterschiedlichen radialen Abständen (152) von der Zentralachse (124) angeordnet sind.
Linseneinrichtung (120) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei Linseneinrichtung (120) insgesamt die Form eines geschlossenes Rings aufweist, der um die Zentralachse (124) herum angeordnet ist.
Linseneinrichtung (120) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Linseneinrichtung (120) radial innerhalb des mindestens einen Ringbereichs (130, 132, 134, 136) einen freien Zentralbereich (78) aufweist.
Linseneinrichtung (120) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Segmente eines jeweiligen Ringbereichs (130, 132, 134, 136) des zumindest einen Ringbereichs (130, 132, 134, 136) identisch ausgebildet sind.
Beleuchtungsbaugruppe (24) für ein Koordinatenmessgerät (10) zum Vermessen eines Werkstücks (18) mittels eines optischen Sensors (22), mit mindestens einer Beleuchtungsanordnung (88) und mit einer Linseneinrichtung (120) nach einem der Ansprüche 1 bis 16.
Beleuchtungsbaugruppe nach Anspruch 17, wobei die Linseneinrichtung (120) derart relativ zu der mindestens einen Beleuchtungsanordnung (88) angeordnet ist, dass von der Beleuchtungsanordnung emittiertes Licht unter einem Winkel von weniger als 90° auf die Linseneinrichtung trifft.
Koordinatenmessgerät (10) zum Vermessen eines Werkstücks (18) mittels eines optischen Sensors (22), mit einer Beleuchtungsbaugruppe (24) nach Anspruch 17 oder 18, und wobei ein Messkegel des optischen Sensors entlang der Zentralachsachse (124) verläuft.
Verfahren (200) zum Ändern eines Beleuchtungsarbeitsabstands (156, 158), insbesondere einer Dunkelfeld-Auflichtbeleuchtung, eines Koordinatenmessgeräts (10), wobei das Koordinatenmessgerät (10) eine Beleuchtungsbaugruppe (24) mit einer Linseneinrichtung (120) aufweist, wobei sich die Linseneinrichtung (120), insbesondere ringförmig, entlang einer Umfangsrichtung (138) um eine Zentralachse (124) der Linseneinrichtung (120) erstreckt, mit dem folgenden Schritt: • Verdrehen (204) der Linseneinrichtung (120) um die Zentralachse (124), wobei die Linseneinrichtung (120) mindestens einen Ringbereich (130, 132, 134, 136) aufweist, wobei sich jeder Ringbereich (130, 132, 134, 136) entlang einer Umfangsrichtung (138) um eine Zentralachse (124) der Linseneinrichtung (120) erstreckt, wobei jeder Ringbereich (130, 132, 134, 136) eine Mehrzahl von Segmenten (140) aufweist, wobei jedes Segment (140) einen Kreisbogenabschnitt (142) eines jeweiligen Ringbereichs (130, 132, 134, 136) ausbildet, und wobei jedes Segment (140) in der Umfangsrichtung (138) ein erstes Ende (144) und ein dem ersten Ende (144) in der Umfangsrichtung (138) entgegengesetztes zweites Ende (146) aufweist, wobei jedes Segment an dem ersten Ende (144) in einem ersten radialen Abstand (R2) von der Zentralachse (124) einen ersten Brechungsindex (n_A) bei einer Referenzwellenlänge aufweist und an dem zweiten Ende (146) in dem ersten radialen Abstand (R2) einen zweiten Brechungsindex (n_B) bei der Referenzwellenlänge aufweist, der verschieden von dem ersten Brechungsindex (n_A) ist.